论文摘要
随着炼钢技术的不断发展,对连铸钢清洁度的要求也越来越高。而中间包作为钢液凝固之前所经过的最后一个耐火容器,对钢的质量有重要的影响。中间包内钢液的流动状态,对延长钢水在中间包内的停留时间,减少卷渣和改善夹杂物的上浮去除有重要的作用,直接影响着连铸坯的质量。因此,研究和分析中间包内钢液的速度场和温度场,对维持中间包内钢液的合理流动、发挥中间包的功能具有重要的理论和实际意义。本文总结了近年来国内外中间包冶金技术的发展,尤其是在中间包数值模拟方面的研究成果。在借鉴前人研究成果的基础上,以无控流装置的二流中间包为研究对象,采用数学模拟研究的方法,运用有限容积分析软件FLUENT,建立了相应的中间包数学模型。当中间包液面稳定时,钢水的流入和流出可以近似认为是一个稳定流动过程,本文通过数值模拟,计算了这个情况下等温以及非等温的速度场和温度场,并分析了密度变化对中间包内钢液流动以及温度的影响。然而,在更换钢包时(即空包过程),中间包内液面随时间会不断下降;在开始浇铸时(即充包过程),中间包内液面又随时间会不断上升,也就是说中间包内钢液的质量是随时间而改变的。在中间包空包、充包过程中,钢液的液面是一个典型的带有运动界面的非定常湍流流动问题,在稳态计算的基础上,本文通过采用VOF方法中的几何重构技术模拟了这两个过程中自由表面的变化以及速度场。本文的研究深化了人们对中间包空包、充包冶金过程机理的认识和理解,对实际生产具有指导作用。